攝影測量內業數字測圖效率的提高方法

姚 林，陳 旭

（中國能源建設集團云南省電力設計院有限公司，昆明 650051）

隨著經濟建設的快速發展，社會各行業的生產研究需要內容豐富、形式多樣、應用實時的地形圖成果[1-2]。傳統的地形圖數字化測繪工作主要利用全站儀、GNSS 設備在野外采集地形數據，通過計算機成圖軟件的人機交互編輯完成地形圖數字化制圖工作。野外測圖模式工作效率低、勞動強度高、成果形式單一，已經無法滿足現代化測繪的需求。近年來無人機制造工藝、飛行性能、載荷設備及配套軟硬件技術不斷發展，無人機航測系統以其機動靈活、高效快速、生產成本低、現勢性好和產品成果豐富等優點，逐步取代原有的野外工測制圖模式，成為現代地形圖測繪的主流技術手段，廣泛應用于工民建、國土、交通及電力等多個行業。

目前，無人機攝影測量外業航攝工作自動化程度高，可高效獲取地面影像數據，快速響應工程建設對正射影像、三維實景模型等地理信息數據的需求。而攝影測量內業數字測圖工序繁雜，自動化程度低，人工參與度高，生產速度慢，成為影響地形圖生產周期的最重要因素。地形圖需求的日益增長給內業數字測圖效率提出了更高的要求，如何快速完成數字測圖工作，滿足各行業生產建設應用的要求，成為數字地形圖生產中亟待解決的問題。

1 數字測圖效率的影響因素分析

內業數字測圖是使用全數字攝影測量工作站，通過影像數據構建三維模型，將攝影測量的基本原理與計算機視覺相結合，從數字影像中提取所攝對象用數字化的方式表達的幾何與物理信息，進而生成所需的工程圖件[3]。文章結合數字測圖工作經驗，針對數字測圖的關鍵環節，梳理內業數字測圖生產中存在的難點，總結影響數字測圖效率的因素。

1.1 航攝成果質量

數字測圖不是一個孤立的過程，需要依托于航空攝影、像片控制測量、空三加密等多個環節，這些環節之間既相互協調，又相互影響，每個環節的實施都會影響到最終航測成果的質量。航攝成果的質量是保證數字測圖精度指標和測圖效率的基礎，是保障數字測圖工作正常開展的關鍵。

1.2 作業人員技術水平

內業數字測圖工作基本由人工操作完成，作業人員技術水平和作業態度對測圖效果影響較大。作業人員技術水平主要體現在測圖理論知識及相關規范的理解程度、測圖軟件操作的熟練程度、數字測圖相關工作經驗等方面，技術水平的欠缺將直接影響數字測圖的效率。

1.3 測圖軟件與參數配置

測繪技術發展日新月異，內業數字測圖軟件不斷更新升級，目前航天遠景MapMatrix 軟件、清華三維EPS 軟件、南方CASS 軟件和北京四維JX-4 軟件等在數字測圖領域應用廣泛。根據測圖使用的數據源類型、測圖作業方式、人員作業習慣等正確選擇適用的測圖軟件和合理配置軟件參數，可以提高數字測圖的作業效率。

1.4 測圖作業體系

內業數字測圖作業體系是指導內業數字測圖工作有序開展的基礎，測圖作業體系可以根據技術要求和作業習慣，定制合理地形圖的成圖工序、作業流程、技術方法和成品樣式。按照技術要求開展采集、編輯、質量檢查工作，避免作業人員對作業內容、技術要求等產生理解偏差，減少地形圖后期編輯檢查的工作量，保證測圖工作高效、有序地開展。

1.5 數字測圖智能化程度

面對全社會數字化、智能化轉型的時代浪潮以及“第四次工業革命”的影響，研發以知識為引導、算法為基礎的智能化測繪技術，推動行業技術進步和事業轉型升級[4]。攝影測量軟硬件技術的進步在一定程度上提高了測圖作業的效率，但目前內業數字測圖工作仍然以人工采編為主，數字測圖智能化程度偏低，這嚴重影響數字測圖的工作效率。

2 提高數字測圖效率的措施

內業數字測圖采集、編輯、整飾工作量較大，人工參與度高，文章從測圖生產人員、軟件、技術方法等方面制定技術解決方案，提高數字測圖生產效率。

2.1 航攝成果質量控制

梳理航攝作業的各個環節，分析影響航攝成果質量的因素并制定控制措施，開展飛行質量與影像質量、像片控制測量質量和空中三角測量質量的控制檢查，保證各環節之間提交的成果滿足技術規范和下一道工序的要求。在內業數字測圖之前，做好充分的準備，對測圖所需數據資料進行檢查分析，確保使用資料的準確性。

2.2 作業人員技術水平提升

作業人員的技術能力需要掌握扎實的測量基礎知識、進行專業的操作技能培訓和長期的生產實踐積累。抓好作業人員的技能提升，建立科學有效的管理方法和獎懲制度是提高數字測圖效率的重要措施。測繪行業專業性較強，內業數字測圖技術和軟件更新發展較快，從事測圖生產的技術人員需要定期進行培訓、學習，有計劃、分層次地組織崗位技術培訓，加強作業人員對相關規范、軟件、技術標準的學習和理解，提高作業人員專業技能水平。

2.3 測圖軟件選擇

本文根據公司作業習慣和工作經驗，通過綜合比對，選用航天遠景MapMatrix 軟件和南方CASS 軟件配合完成內業數字測圖工作。其中，MapMatrix 軟件支持多源數據處理，采編、質檢功能強大[5]，主要用于地形圖的采集和質檢工作；CASS 軟件基于AutoCAD 軟件開發，軟件操作便捷、通用性強，主要用于地形圖的編輯和整飾工作。

2.4 合理的軟件配置

參照規范要求，進行軟件參數、符號庫的合理配置，確保地形圖成果導出線型和符號的大小、樣式、顏色符合要求。合理設置地物采集線型、錄入屬性等配置方案，可減少地形圖編輯工作。根據作業習慣合理設置軟件工具欄布局位置和快捷鍵命令，方便左右手協調作業[6]，提高軟件操作的便捷性和實用性。

2.5 規范的測圖方法

作業人員按照合理規范的流程、方法開展測圖生產，可以提高數字測圖的生產效率。規范的地形圖采集工序可加快采集速度，減少地物漏測的概率。采集地物時正確使用捕捉、閉合、直角化設置，可減輕后續地形圖編輯的工作量。采用道路等明顯易分的地物作為相鄰分區的分區線，可以減少地形圖接邊工作。

2.6 裸眼測圖技術

基于傾斜攝影測量三維實景模型的裸眼測圖技術具有模型精細、視野廣闊、無需佩戴立體眼鏡等優勢，相比于傳統立體測圖生產效率更高。對于植被稀少地區，可優先選用裸眼測圖技術。

2.7 數字測圖智能化生產

結合數字測圖生產經驗，分析數字測圖中各類復雜、重復工作，通過計算機軟件定制開發數字測圖智能化工具，利用軟件操作代替或輔助完成重復性人工操作，可大幅度提高數字測圖效率。智能化測圖可從以下2方面來實現。

2.7.1 充分挖掘現有商業軟件的制圖功能

商業測圖軟件提供了較多的通用型輔助制圖工具，可挖掘這些軟件輔助制圖生產的方法、技巧，解決制圖生產中的難題。如MapMatrix 軟件提供的地形圖檢查功能，可以定制“點線矛盾”“等高線合法性”“等高線缺失”“線線相交”等檢查功能，快速實現地形圖質量檢查和錯誤編輯修改工作。CASS軟件提供的“復合線濾波”和“復合線處理”功能可以快速實現地形圖線型轉換和圖形輕量化功能。

2.7.2 定制開發制圖工具

結合數字測圖工作需求，針對內業數字測圖生產過程中存在簡單、重復性的作業工序，定制開發制圖工具實現地形圖采集、編圖、整飾工作批量自動化處理的方案，以提高內業數字測圖效率和規范地形圖測圖質量。

3 智能化制圖工具的定制開發

文章在AutoCAD 2016 軟件中引入VBA 語言開發工具，結合生產實際需求，定制開發高程點濾波、等高線接邊、等高線修剪和道路注記等批處理智能化制圖工具，實現數字測圖生產的程序化處理。

3.1 高程點濾波工具

按照規范要求，高程注記點應選在明顯地物點或地形特征點上，依據地形類別及地物點和地形點的數量，密度為每100 cm3內5～20 個[7]。為保證地形圖測圖的精度，內業數字測圖生產過程中采集高程點的數量遠大于圖面整飾要求，需要進行高程點濾波工作。

高程點濾波工具首先提取地形圖中山頭、谷地等地形特征點和坡坎等地物的高程點，在山頭、谷地處保留地形特征點的高程注記點。坡坎地物按照輸入的格網間距依次篩選坎上、坎下高程點，并確保每條坡坎至少有1 對高程注記點。對于沒有特征點填充的格網，取格網中間的普通高程注記點補充。高程點濾波工具提取的高程注記點更符合規范要求，大大減少了高程點檢查、修改的工作量，高程點濾波工具功能流程圖如圖1 所示。

圖1 高程點濾波工具功能流程圖

3.2 等高線接邊工具

攝影測量內業數字測圖的面積較大，在生產作業時需要將地形圖分成多塊以便多人同時開展測圖工作，分區地形圖生產完成后需進行等高線接邊工作。此外，測圖生產中時常遇到地形圖的測量范圍發生變化的情況，需要進行地形圖的補測工作，新測地形圖也需要和前期地形圖進行等高線接邊。傳統的等高線接邊方法是作業人員手工拖動等高線進行連接，十分費時費力。文章根據地形圖等高線接邊的特點和要求，針對分片區采集等高線接邊和補圖等高線接邊2 種情況，編制程序實現等高線自動接邊處理。

等高線是在采集高程點所構成的三角網基礎上生成的，相同點位構網生成的等高線是一致的。內業數字測圖劃定測圖分區時，相鄰測區的作業人員首先畫定一條公共的3D 線作為分區邊界，測區間相同的3D 分區線可以確保相鄰作業人員采集的接邊處等高線位置、高程一致。等高線接邊工具按照輸入的閾值，自動將2 個測區中容差范圍內的相同高程等高線連接起來。

地形圖補圖生產時，新老地形圖之間沒有事先畫定的分割邊線。等高線接邊工具將首先按照輸入的范圍提取前期地形圖中的三角網邊界數據，作為新舊地形圖接邊的3D 分割線，后續等高線接邊方法和分片區采集等高線接邊相同。等高線接邊工具功能流程圖如圖2 所示。

圖2 等高線接邊工具功能流程圖

3.3 等高線修剪工具

按照規范要求，等高線遇到房屋、道路、坡坎和水系等面狀、雙線表示的符號時，應表示至符號邊線[7]。內業數字測圖生產中繪制的等高線一般為連續不間斷的多段線，地形圖編輯過程中需要修剪地物中間的等高線。傳統的人工修剪等高線作業模式工作量大，漏修率高。

等高線修剪工具首先選擇需要修剪等高線的地物圖層，從地形圖數據中提取這些圖層中的雙線地物，按照設定的閾值將雙線地物生成面。再提取選取圖層中的面狀地物，將提取的面狀范圍和雙線生成的面狀范圍一起用于修剪地形圖中的等高線數據。等高線修剪工具功能流程圖如圖3 所示。

圖3 等高線修剪工具功能流程圖

3.4 道路注記

按照規范要求，地形圖上應每隔15～20 cm 注出道路名稱、代碼、材料等[7]。人工道路注記方法工作量大，注記密度不統一，道路注記漏注、錯注情況時常發生。

道路注記工具首先從地形圖數據中提取雙線道路，按照設定的閾值將雙線道路生成面狀道路。從地形圖中提取對應道路的注記屬性，根據面狀道路范圍，將道路屬性按照輸入的注記間距依次進行道路注記工作，保證道路注記位置、密度的準確性。道路注記工具功能流程圖如圖4 所示。

圖4 道路注記工具功能流程圖

4 數字測圖提效研究應用

文章以山區風電場1∶2 000 內業數字測圖項目為研究對象，通過工程項目應用效果分析，總結驗證攝影測量數字測圖提效研究的實用性。

4.1 工程概況

為滿足工程項目前期立項審批和規劃設計的要求，風電場項目需要短時間內完成內業數字測圖工作，及時提交項目的1∶2 000 地形圖成果。風電場項目測區內植被茂密、地形起伏大、地物復雜多樣、成圖面積大，地形圖內業數字測圖難度較大。

4.2 測圖提效研究實施效果

風電場項目通過無人機航攝獲取原始數據，經過像控測量和空三處理后生成作業區的三維立測模型，在測量精度檢查合格后開展數字測圖工作。本文按照航空攝影內業數字測圖的先后順序，對測圖中的生產工序進行歸納，將測圖工序分解為準備工作、地形圖數據采集、地形圖數據編輯、分幅整飾及質量檢查5 個工序。在數字測圖提效研究前后，分別選取難度相近的3 個風電場項目進行比對，統計每一個項目的數字測圖各工序用時和項目總用時情況，見表1。根據每個項目的面積、總用時信息，計算每個項目的生產效率，并分別統計測圖提效研究前后的測圖平均效率，見表2。

表1 數字測圖工序用時統計表d

表2 數字測圖生產效率統計表

工程應用結果表明：數字測圖各工序中，地形圖采集、地形圖編輯和質量檢查3 個工序用時較多，占到總用時的95.6%。在數字測圖提效研究后，主要工序的生產效率大幅度提升，航測地形圖的總體生產效率由提效研究前的0.41 km2/人/d，提升為提效研究后的0.91 km2/人/d，測圖效率提升了220%。工程應用結果驗證了文章數字測圖提效研究成果的可行性和實用性，研究提高了數字測圖自動化處理能力，減輕了數字測圖的勞動強度，提高了數字測圖的生產效率。

5 結束語

熟悉的軟件操作，過硬的專業技能，良好的作業習慣，再加上智能化的測圖工具構建了快速高效的內業數字測圖體系。本文總結的提高無人機攝影測量數字測圖的技術方法在提高測圖工作效率、減輕作業人員勞務強度和保障數字測圖成果質量方面都發揮了重要作用，研究可以更好地滿足各行業生產建設的用圖需求，在工程中具有較好的應用價值。